[发明专利]一种磁场辅助激光焊接熔池磁流体-热电磁效应模拟方法

权利要求书

1.一种磁场辅助激光焊接熔池磁流体-热电磁效应模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将Seebeck热电效应理论映射在激光焊接熔池固-液相体系，构建磁场辅助激光焊接过程磁流体-热电磁效应耦合物理模型；

步骤2：对物理模型进行适当简化，建立磁场辅助激光焊接过程磁流体-热电磁效应耦合数学模型，采用电流连续性方程实现热电流密度的求解；

步骤3：构建三维激光焊接计算域几何模型，定义控制方程变量的初始条件与边界条件，采用六面体单元对计算域进行网格造型；

步骤4：基于商用CFD模拟平台，加载焊接母材的材料模型参数与工艺参数，采用FVM与SIMPLE算法分别对控制方程组进行离散与迭代求解。

步骤5：根据模拟结果与实际焊缝形貌对比，对数值模型的合理性与准确性进行评估，以适当修正、完善数值模型。

2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接熔池磁流体-热电磁效应模拟方法，其特征在于步骤1所述的磁场辅助激光焊接过程磁流体-热电磁效应耦合物理建模对象为：焊接熔池传热、流动及固-液相变过程；焊接区域的磁流体效应与Seebeck效应产生的(热)电流分布；(热)电流的热效应以及(热)电流与外加磁场作用产生的电磁力效应。

3.根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接熔池磁流体-热电磁效应模拟方法，其特征在于步骤2所述的物理模型简化包括：仅考虑固-液体系的Seebeck效应；Seebeck系数与温度及材料的各向异性无关，熔池凝固相的Seebeck系数与未熔化的母材相相同；磁场辅助激光焊接过程磁流体-热电磁效应耦合数学模型包含连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及电流密度方程，方程具体形式如下：

式中，ρ、分别为密度、速度场；t、p、τ、β、T、T_l、K₀、α_l、c、分别为时间、压力、应力张量、重力加速度、热膨胀系数、温度、液相线温度、渗透系数、液相体积分数、常系数、初始速度场、总电流密度、初始磁感应强度、诱导磁感应强度；h、k、σ_e分别为混合焓、热导率、电导率；S分别为电势、Seebeck系数。

其中，电流项遵循Kirchhoff电流连续性方程：

将上式与电流密度方程联立，得到的输运方程：

4.根据权利要求1所述的一种磁场辅助激光焊接熔池磁流体-热电磁效应模拟方法，其特征在于步骤3所述的计算域几何模型为单相流体通道模型，采用预设匙孔模型作为激光焊接热源，焊接热源的移动通过入口速度实现。

电势项温度梯度项的初始条件为：

采用Dirichlet边界条件处理温度梯度项使其各个分量在边界上连续；采用Neumann边界条件处理电绝缘界面，即电势项的法向量连续，切向量为0：

式中，x，y，z为三维空间坐标，T_c为边界体单元的温度值，为界面外法向量。